Innovatiivinen suljetun silmukan funktionaalinen sähköstimulaation hallintajärjestelmä aivohalvauksen jälkeisen kävelyn lisäämiseksi

Funktionaalinen sähköinen stimulaatio (FES) on yleinen kuntoutustyökalu, joka sisältää funktionaalisen tehtävän ajoitettua sähköistä stimulaatiota pariseettisen lihaksen toiminnan lisäämiseksi ihmisillä, joilla on neuropatologioita, kuten aivohalvaus ja selkäytimen vamma. Aikaisemman tutkimuksen kurinalaisuus on luonut turvallisuuden, samoin kuin FES-järjestelmien sekä neuro-prosteettiset että terapeuttiset vaikutukset seisomaan, kävelyyn ja tarttumiseen. Aivohalvaus on johtava vammaisuuden syy, ja foolddrap on erittäin yleinen aivohalvauksen jälkeinen kävelyvaje, joka johtaa riittämättömään nilkan dorsifleksioon kävelyvaiheessa ja edistää vähentynyttä liikkuvuutta. FES -järjestelmät, jotka korjaavat jalkakäytävän toiminnan parantamiseksi ja putoamisriskin vähentämiseksi, saavat suosiota, ja kaupalliset järjestelmät, kuten käännöspotentiaalin parantaminen. Huolimatta lupaavista funktionaalisesta arvosta, saavutettavuudesta ja positiivisista neuroplastisuusvaikutuksista, nykyisillä FES -järjestelmillä on joitain perustavanlaatuisia rajoituksia, jotka rajoittavat niiden kliinistä reseptiä.

Projektin tavoitteena on voittaa kaksi suurta rajoitusta ja teknisiä aukkoja FES: ssä: Lihasten väsymyksen nopea alkaminen FES: n aikana ja FES: n intensiteetin hienostuneiden suljetun silmukan hallinnan puute. Useimmat olemassa olevat FES-järjestelmät eivät moduloi automaattisesti stimulaation voimakkuutta vasteena lihaksen väsymykseen, ja voivat ylenstimuloida lihaksia, jos FES-intensiteetin hallintaan käytetään kiinteää (avoimesta) stimulaatiota tai puhdasta palautepohjaista stimulaatiostrategiaa. Tämän rajoituksen ratkaisemiseksi tutkijoiden tavoitteena on kehittää ja kliinisesti testata FES: ää aivohalvauksen kävelyn parantamiseksi tietopohjaisten FES-ohjausjärjestelmien avulla.

Alapalakäyttö on erittäin yleinen aivohalvauksen jälkeinen kävelyvaje, joka johtaa riittämättömään nilkan dorsifleksioon kävelyvaiheessa ja vähentämään toiminnallista liikkuvuutta. FES, joka on stimulaation ulkoinen soveltaminen lihasten supistuksien tuottamiseksi funktionaalisen motorisen tehtävän aikana, voi saavuttaa lihasvoiman vaatimukset seisovan ja kävelyn aikana ja auttaa aivohalvauksen ja selkäydinvaurion henkilöitä palauttamaan liikkuvuuden. FES: n korjaamiseksi on yksi FES: n suosituimmista kävelykierroksista, jonka on osoitettu parantavan liikkuvuutta ja vähentävän putouksia.

Vaikka FES: llä on positiivisia vaikutuksia kävelytoimintaan, saa aikaan aktiivisia lihasten supistuksia ja parantaa kortikomotorista herkkyyttä, FES: ää ei käytetä yhtä yleisesti kuin passiivisia ortotiikoita. Useimmat nykyiset FES -järjestelmät sisältävät liiketunnistimet FES: n ajoituksen hallitsemiseksi kävelyjakson aikana (pareettinen jalan kääntövaihe). Mikään näistä järjestelmistä ei kuitenkaan tarjoa automaattisen suljetun silmukan hallinnan FES-intensiteetistä, jotta optimaalinen stimulaatio voidaan toimittaa jokaiselle vaiheelle, estäen ylimääräisen stimulaation, vähentämällä väsymystä ja ylläpitämällä optimaalista lihasten suorituskykyä suuremmalla määrällä vaiheita. Lisäksi lihaksen väsymyksen nopea alkaminen FES: n aikana johtuu synkronisesta, ei-selektiivisestä, toistuvasta rekrytoinnista suurelta osin väsyneiden lihaskuitujen.

Tutkijat toteuttavat innovatiivisen malli-ennustavan ohjaimen (MPC) yhdessä reaaliaikaisen ultraäänipohjaisen palautteen kanssa optimaalisten FES-intensiteettien tuottamiseksi ja väsymyksen minimoimiseksi.